“物质跨膜运输的实例”(第一课时)的教学设计

张 雷 陈 明

(广东省茂名市第一中学 茂名 525000)

1 教材分析

“物质跨膜运输的实例”是人教版高中生物学教材《分子与细胞》第4章第1节的内容，包括动物细胞的吸水和失水、植物细胞的吸水和失水以及物质跨膜运输的其他实例三部分内容。其中理解动物细胞的细胞膜和植物细胞的原生质层是半透膜为教学的重点、难点，与必修教材中“制备细胞膜的方法”“细胞膜的功能”和“细胞器”等知识之间存在内在联系，还可为学习“生物膜的流动镶嵌模型、物质跨膜运输的方式，并从结构和功能相适应的角度理解生物膜的结构和功能特点”打好基础。出于教法、学情和教学时间的考虑，可将本节内容分两课时教学： 第一课时主要完成动物细胞的吸水和失水及植物细胞的吸水和失水的理论探究；第二课时完成植物细胞的吸水和失水的实验室操作、物质跨膜运输其他实例的学习。

2 教学目标

依据课程标准并围绕培养学生核心素养的要求，制订如下教学目标：

(1) 通过学习渗透作用和动、植物细胞的吸水和失水的概念，以及生物膜的结构和功能特点，建立结构和功能相适应的观点。

(2) 通过进行植物细胞吸水和失水的实验设计，体验和领悟提出问题、作出假设的科学探究方法。

(3) 通过渗透作用和动、植物细胞的吸水和失水的学习，理解或解释在生活中的相关实例，并认同科学研究需要善于发现、严谨推理、勇于创新的精神。

3 教学过程

3.1 创设情境，导入新课 课前生物兴趣小组对教材“问题探讨”的渗透装置进行重新设计，设计思路： ①材料用具： 新鲜鸡蛋3枚、0.3g/mL蔗糖溶液、清水、烧杯、量筒、记号笔、针。②将鸡蛋分为1、2、3三组并标号。③取1号鸡蛋将大头去壳留壳膜，小头打破，让内容物流出。向蛋壳内滴入适量的0.3g/mL蔗糖溶液，用记号笔在最高点做标线。将其放入与蛋内溶液等高的装有清水的烧杯中，如图1所示。④取2号鸡蛋，将鸡蛋大头壳膜用针扎出若干筛孔，其余过程同步骤3。⑤取3号鸡蛋，将蛋壳内的蔗糖溶液换成清水，其余过程同步骤3。⑥观察并记录实验现象。

图1 利用蛋壳制作渗透装置

借助DV记录，将以上渗透现象以微课形式直观呈现，导入新课。

设计意图： 利用微课创设实验情境，激发学生学习的积极性和自主性，培养学生从情境中发现问题的能力。

3.2 理论探究，构建概念模型 根据微课中的渗透现象设疑： ①蛋壳内的液面为什么会升高？②蛋壳内的液面会一直上升吗？为什么？③将壳膜用针扎出多个筛孔，液面为什么不会升高？④将蛋壳内的蔗糖溶液换成清水，液面为什么不会升高？组织小组讨论作答，用多媒体呈现渗透作用概念模型(图2)。

图2 渗透作用的概念模型

设计意图： 以问题为导向，引导学生自主探究“渗透作用的原理和条件”。展示概念模型帮助学生厘清核心概念脉络。

3.3 探究动物细胞的吸水和失水 教师提问： ①生物实验室要对细胞膜的化学成分进行分析，如何制备细胞膜？②护士给病人输液时将药物溶于质量分数多少的氯化钠溶液？如果放入质量分数为1%的氯化钠溶液细胞会有什么变化？利用电子白板呈现装有质量分数为0(清水)、0.9%和1%的氯化钠溶液的三个烧杯，学生参照情境将电子白板左侧不同形状的红细胞移到对应的烧杯并叙述理由。多媒体播放水分进出哺乳动物红细胞的状况图片，检测放置位置是否合理。进一步设疑： ①回忆细胞膜的功能？②控制物质进出细胞体现了细胞膜的什么功能特性？③选择透过性膜的含义是什么？④红细胞内的血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗？⑤可不可以把动物细胞类比成渗透装置，两者有哪些相似之处？

设计意图： 通过问题串和“类比推理法”，使学生认识到红细胞的细胞膜相当于半透膜，吸水或失水取决于细胞内外的浓度差。

3.4 探究植物细胞的吸水和失水 电子白板展示成熟的植物细胞模式图，学生在白板上填好各部位名称，教师在点拨时强调细胞液和原生质层等易错概念。教材中的实验利用“假说—演绎法”进行探究[1]： 第一步，观察现象，发现问题。多媒体展示凉菜“酸甜瓜”的图片，介绍其做法，提问黄瓜变软的原因是什么？学生根据已有知识和生活经验，回答黄瓜变软的原因是植物细胞失水了。

第二步，分析问题，作出假说。植物细胞是怎样吸水和失水的？成熟植物细胞的液体环境主要存在于什么部位？植物细胞的什么结构可以充当半透膜？引导学生观察比较植物细胞的大液泡和细胞质，明确细胞的液体环境主要在细胞液。植物细胞的半透膜是细胞壁、细胞膜还是原生质层是学生争论的焦点，教师通过组织学生对电子显微镜下的细胞壁结构和细胞膜、液泡膜的功能特点进行分析讨论，确立植物细胞的半透膜是原生质层假说的合理性。

第三步，依据假说，演绎推理。假设植物细胞的半透膜是原生质层，将它放入清水会由于过多吸水而涨破吗？将它放入大于细胞液浓度的外界溶液中会由于失水而皱缩吗？如果细胞不皱缩，它会出现什么变化？阐述“质壁分离”概念，提问质壁分离概念中的质和壁分别指什么？发生质壁分离的细胞还可以恢复初始状态吗？借助假说指导学生对植物细胞的吸水和失水现象进行推理，为后续设计实验做铺垫。

第四步，设计实验，预测结果。①选材： 为开拓学生视野，发展理性思维能力，可提供多种材料供学生自主选择。图片展示洋葱鳞片叶外表皮和内表皮、根尖分生区细胞和番薯叶，设置引导问题： 要想取得较好的实验效果，材料要具备哪些特点？发生质壁分离时在细胞壁和细胞膜之间充满什么物质？用什么方法能使洋葱鳞片叶内表皮成为实验的备选材料？将撕取的番薯叶上表皮和稍带叶肉的下表皮分别放到浓度高于细胞液的外界溶液，细胞会有什么变化？小组讨论交流，明确还可以通过液泡的浅色区域大小、气孔开关及原生质体内绿色区域的变化观察植物细胞的吸水和失水现象。②选取外界溶液： 课件展示表1，小组合作讨论观察植物细胞的质壁分离与复原现象应选取哪一种外界溶液并分析原因。③设计实验： 教师提出问题“如何将所选材料置于一定浓度的外界溶液？植物细胞的质壁分离与复原是微观现象，我们应该如何进行观察？遵循实验的对照原则，本实验需要额外设置对照组吗？”引导学生设计方案。之后精选学生设计方案展示评价，强调撕取材料的方法、引流法、二次自身对照等操作细节[2]。④预测结果： 小组合作设计实验结果记录表，将预测结果填入表内。

表1 不同种类的外界溶液影响细胞变化情况记录表

第五步，实施实验，验证假说。提供洋葱鳞片叶外表皮和内表皮、番薯叶上表皮和稍带叶肉的下表皮作为实验材料，每两组选择一种材料进行观察，实验操作安排在下一课时完成。

第六步，分析结果，得出结论。借助动画演示“质壁分离与复原”现象动态过程，展示生物兴趣小组在开放性实验室所做的洋葱鳞片叶外表皮细胞“质壁分离与复原”图片，引导学生描述实验现象，得出结论，即原生质层是植物细胞的半透膜。

设计意图： 基于“假说—演绎法”，引导学生从现象入手发现问题；提出假说的各种可能性，引导学生深入分析问题、建构科学的假说、发展能力；利用图片、表格素材作提示，引导学生自主设计探究方案，培养严谨的科学态度和勇于创新的精神。

3.5 归纳总结，拓展提升 教师围绕核心内容构建知识体系，精选U型管、长颈漏斗式渗透装置的典型例题拓展提升。

4 教学反思

本节采用“问题—探究”教学法，从“渗透作用”概念的提出到“动植物细胞吸水和失水”的学习，设计环环相扣的系列问题，学生在问题的驱动下通过积极思考和小组合作探究来解决问题。教学中教师把培养学生的“科学思维”“科学探究”贯穿于教学的全过程，激发学生的学习兴趣，发展学生生物学核心素养。